D’où vient le vent ?

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Vous avez remarqué : dehors il y a toujours du vent. Et lorsque, rarement, il n’y a pas de vent là où nous sommes, nous savons qu’ailleurs, il souffle.
Pourquoi ? Pourquoi est-ce que l’air, dans l’atmosphère, ne reste pas tranquille, peinard, sans bouger ? Pourquoi l’air est-il toujours en mouvement ?
Pour le savoir, dans cet article nous allons remonter aux origines des climats de la Terre ! Et nous parlerons aussi un peu de météorologie(*).

Nota : pour ceux qui ont assisté à une de mes conférences sur le réchauffement climatique, vous avez peut-être déjà entendu ces explications(**)… mais j’apporterai ici quelques compléments d’info inédits ;-)

Un petit rappel avant de commencer : les latitudes

Si vous êtes comme moi, vous avez tendance à confondre la latitude et la longitude… Révisons donc ensemble :

• les lignes des longitudes (les « méridiens ») sont des lignes verticales, perpendiculaires à l’équateur et qui se croisent aux pôles. Le 0° est le méridien de Greenwich (choix historique totalement arbitraire), qui traverse notamment la France. On compte les longitudes d’un part vers l’est, de 0 à 180°, et d’autre part vers l’ouest, de 0 à 180° également.

• les ligne des latitudes sont des lignes horizontales, parallèles à l’équateur. Celui-ci est à 0° de latitude et en montant vers le nord on atteint 90° de latitude au pôle. Idem dans l’hémisphère sud en allant vers le pôle sud.

Petit moyen mnémotechnique : pour les distinguer, je pense à l’expression « sous nos latitudes » qui désigne nos régions par opposition à d’autres régions plus chaudes au sud d’ici, ou plus froides au nord d’ici . Du coup je sais que la latitude c’est le truc qui varie quand on se déplace du nord au sud… Ça vaut ce que ça vaut ;-)

Dans cet article nous allons parler à plusieurs reprises des latitudes, donc les lignes… horizontales, on est d’accord !

Le soleil réchauffe la Terre

Pensez à ce qu’est la Terre : une sphère rocheuse d’un peu plus de 6000 km de rayon, recouverte d’eau en grande partie (71% de la surface couverte d’océans) et entourée d’une fine couche d’atmosphère. Flottant dans le vide de l’espace, elle orbite en tournant sur elle-même autour du soleil, qui la réchauffe de ses rayons lumineux.

La Terre étant une sphère, les régions de la surface de la Terre située au niveau de l’équateur sont perpendiculaires aux rayons lumineux provenant du soleil. Les rayons du soleil réchauffent donc fortement ces régions, beaucoup plus que les autres parties de la Terre. Plus on monte vers les pôles, moins les surfaces terrestres reçoivent de chaleur : aux pôles, la lumière du soleil est tellement rasante que ceux-ci reçoive très très peu de chaleur.

Les régions équatoriales de la Terre reçoivent donc un excédent de chaleur en provenance du soleil. Et c’est cette caractéristique qui est à l’origine de tout le système climatique de la Terre, comme nous allons le voir dans ce qui suit.

L’excédent de chaleur équatorial engendre un phénomène de circulation d’air

Que se passe-t-il lorsque les rayons du soleil chauffent le sol et la surface des océans au niveau de l’équateur ? Par conduction, la surface (du sol ou des océans) chauffe la couche d’air qui est au dessus, et celui-ci s’échauffe à son tour.
Or, nous savons que l’air chaud est plus léger que l’air froid. Il va donc avoir tendance à monter dans l’atmosphère, remplacé à sa base par de l’air frais venant du nord et de sud, qui se réchauffe à son tour puis monte.
Dans l’atmosphère, l’air chaud ne peut pas monter indéfiniment : les caractéristique de l’atmosphère font qu’il ne peut pas monter à plus de 10 kilomètres (grand maximum 15 km). C’est comme s’il se heurtait à une sorte de plafond de verre, qui fait qu’il va partir sur les côtés, au nord et au sud, tout en se refroidissant et en retombant lentement vers le sol.
La boucle est bouclée : l’air refroidi peut ensuite retourner vers l’équateur en formant un vent orienté globalement du nord vers le sud (du sud vers le nord dans l’hémisphère sud), se réchauffer, et ainsi de suite !

Étant donné que la Terre tourne, l’excès de chaleur existe sur toute la ceinture équatoriale ; ainsi ce système de circulation et de vent se met en place tout autour de la Terre :

A l’équateur, l’air chaud montant créée au sol une zone de dépression atmosphérique ; en effet, la « fuite » d’air vers le haut entraîne une raréfaction de celui-ci au sol : la pression atmosphérique baisse. En se condensant (car l’air se refroidit en montant) l’humidité qu’il contient forme des nuages – visibles sur l’infographie – et de la pluie : c’est pourquoi les zones équatoriales sont si luxuriantes, chaudes et humides. On distingue d’ailleurs sur la photo de la Terre (pas celle juste ci-dessus, celle d’avant !) la bande de nuages qui entoure la Terre au niveau de l’équateur.
Au niveau des tropiques du Cancer et du Capricorne (un peu au dessus en fait, vers 30° de latitude), l’air descendant et sec – car débarrassé de son humidité qui est retombée en pluie sur l’équateur – créée une zone d’anticyclones (pression atmosphérique plus élevée). Ces régions sont donc sèches ; c’est à ces latitudes que l’on trouve beaucoup de zones désertiques comme le Sahara par exemple.

Il existe plusieurs circuits de circulation d’air jusqu’aux pôles

Si on remonte encore en latitude, que se passe-t-il ? Intéressons-nous à l’hémisphère nord (mais c’est identique dans l’hémisphère sud) : en remontant vers le pôle, on observe qu’il existe deux circuits similaires supplémentaires (cf infographie ci-dessous).

• l’un entre 30° et 60° de latitude, engendrant une zone dépressionnaire autour de 60°. Ces dépressions sont celles que l’on voit souvent, dans les bulletins météo, défiler d’ouest en est sur l’Irlande et l’Angleterre et qui peuvent descendre en latitude – en hiver surtout – pour venir nous embêter en France. Ce deuxième circuit s’appelle la « cellule de Ferrel » et il engendre des vents au sol globalement orientés du sud vers le nord (***).
• l’autre entre 60° et le pôle, engendrant une zone anticyclonique au niveau du pôle. Paradoxalement, les régions polaires sont plutôt sèches et les quantités de précipitations (sous forme de neige) y sont assez faibles. Ce troisième circuit s’appelle la « cellule polaire » et il engendre des vents au sol globalement orientés du nord vers le sud (***).

Voilà, on sait d’où vient le vent !

Vous comprenez maintenant pourquoi il y a du vent en permanence :
la thermodynamique de l’atmosphère que nous venons de décrire fait que la chaleur équatoriale excédentaire va naturellement se répartir dans toute l’atmosphère. Au niveau de la surface de la Terre, le vent est le déplacement de l’air dû à ce phénomène, structuré en 3 cellules de circulation par hémisphère.
[Vous pouvez observer le même phénomène dans une pièce de votre maison : si vous mettez le chauffage à un bout de la pièce alors des courants d’air se formeront naturellement pour répartir progressivement la chaleur dans toute la pièce… Un petit vent imperceptible se forme dans votre pièce !]

Le grand responsable du vent est donc le soleil !
C’est lui le « moteur » de tout notre système climatique : vents, tempêtes, cyclones, nuages, ciel bleu, pluie, neige, grêle…

Connaissant l’existence des cellules de circulation, on comprend aussi comment s’organisent les zones climatiques sur la Terre : en bandes horizontales :
– climats équatoriaux chauds et humides,
– climats chauds et secs aux latitudes des tropiques,
– climats tempérés et perturbés aux latitudes moyennes,
– climats polaires froids et secs (hautes latitudes).

J’ajoute que ce principe de répartition de chaleur dans l’atmosphère depuis l’équateur vers les pôles est aussi valable dans les océans : comme l’air, l’eau est un fluide présent à la surface de la Terre et la circulation de celle-ci via les courants océaniques permet aussi de répartir la chaleur de l’équateur vers les pôles… J’en reparlerai dans un autre article dédié car les océans influent beaucoup sur le climat.

Bien sûr dans la réalité le climat réel n’est pas aussi simple et parfait que ce que je viens d’expliquer. De nombreuses perturbations de l’écoulement de ce fluide capricieux qu’est l’air viennent bousculer et complexifier cette belle organisation moyenne. Le contour des continents ou encore la forme sphérique de la Terre ainsi que sa rotation jouent un rôle perturbateur important.

Pour aller un peu plus loin : les ondes de Rossby

Voici un exemple de phénomène qui vient perturber la belle et relativement simple explication que je vous ai donnée ci-dessus : les ondes de Rossby.
Ces ondes, je pense que vous n’en avez pas encore entendu parler car elles sont peu connues. Pourtant, elles influencent directement la météorologie sous nos latitudes tempérées, et elles sont totalement d’actualité : la vague de chaleur que connait en ce moment l’ouest des États-Unis et du Canada leur est directement liée.
Lisez-donc attentivement ce qui suit, vous pourrez ensuite briller en soirée en épatant tout le monde par vos connaissances ! ;-)

Si vous avez suivi ce qui précède, vous avez compris que les climats de la Terre s’organisent globalement horizontalement en fonction de la latitude. OK.
On imagine donc que les séparations entre ces zones sont des lignes horizontales qui font le tour de la Terre. Sauf que, en fait, non :
ce n’est pas le cas pour la séparation entre la deuxième cellule (de Ferrel) et la troisième cellule (polaire), situé aux environ de 60° de latitude : cette séparation est en fait une ligne ondulante sans cesse en mouvement ! Au fil des jours et des semaines qui passent, la ligne, qui fait le tour de la Terre, ondule plus ou moins : entre 3 et 7 ondulations au total sur le tour complet, cela varie en permanence. Ces ondulations qui se déplacent sont appelées les ondes de Rossby :

Au nord de cette ligne se trouve de l’air polaire et froid, tandis qu’au sud se trouve de l’air plus chaud.
Sous nos latitudes, la météo que l’on subit est – entre autres – le résultat des mouvements de cette ligne : par exemple quand une ondulation de la ligne descend et passe sur la France (schéma (c) ci-dessus), alors nous avons un temps plus froid. C’est une situation qui peut durer (plusieurs jours voire semaines) si l’ondulation se bloque un temps au même endroit.
La ligne peut aussi onduler vers le nord et former une poussée d’air (très) chaud qui monte du sud. C’est ce qui se passe dans l’ouest des États-Unis et du Canada, où se produit actuellement une poussée d’air chaud dite « en Oméga » (Ω) :

Au passage, notez que l’intensité de cette poussée chaude est absolument inédite dans toute l’histoire de la météo nord-américaine. Des records absolus de chaleur ont été battus au Canada : à Lytton, au nord-est de Vancouver, le mercure a grimpé mardi 29 juin jusqu’à 49,6 degrés. Aux dernières nouvelles (30/06), le bilan provisoire est dramatique : 200 morts.

Scoop
Il est possible d’affirmer, sur des bases scientifiques solides, que ce record n’aurait pas été battu s’il n’y avait pas le réchauffement climatique. Il y a bien sûr toujours eu des canicules, au Canada ou ailleurs, ce n’est pas nouveau ; ce qui est nouveau et qui est dû au réchauffement climatique c’est l’augmentation de l’intensité et de la durée des canicules, ainsi que de leur fréquence.
Du fait du réchauffement nous savons que, en France, nous connaîtrons nous aussi inéluctablement, dans les décennies qui viennent, des canicules avec des températures atteignant les 50°C. Pour l’instant notre record actuel est de 46°C, fin juin 2019 à Vérargues dans l’Hérault…

[Mise à jour du 2 juillet 2021 : Lytton est aujourd’hui quasiment rayé de la carte par les incendies (lire ici). Voilà ce que ça fait, une canicule à (quasi) 50°C.]

Vous aurez remarqué sur la carte ci-dessus les mots « jet-stream », inscrits sur la ligne de séparation ondulante. Le jet-stream est ce fameux courant d’air d’altitude (10 km environ), formant comme un tuyau de section ronde ou ovale, emprunté par les avions sur certaines traversées de l’Atlantique sens Ouest>Est, profitant ainsi du vent fort pour économiser de carburant et gagner en vitesse.
Il se trouve que ce jet-stream dit « polaire » fait le tour de la Terre en suivant la ligne de séparation entre les deux cellules (la fameuse ligne des ondes de Rossby, vous suivez ?) ! Pour le visualiser, re-voici l’infographie présentant les trois cellules Hadley, Ferrel, polaire, sur laquelle j’ai ajouté en rouge l’emplacement du jet-stream :

That’s all folks ! C’est tout pour cette fois, vous en savez maintenant un petit peu plus sur le fonctionnement du climat et sur la nature du moteur de notre système climatique, à l’origine du vent sur toute la Terre :
c’est le soleil qui nous envoie trop de chaleur à l’équateur !

(*) Attention à bien distinguer « climatologie » (climat) et « météorologie » (météo), ce n’est pas la même chose.
La météorologie c’est le temps qu’il fait à un endroit donné, jour après jour, semaine après semaine. Par nature, la météo évolue de façon chaotique : un jour il fait frais , le lendemain plus chaud, en hiver il y parfois des vagues de froid, en été il y a parfois des canicules, certaines années l’hiver est doux, d’autres années il est plus rude, certaines années l’été est caniculaire, d’autres années l’été est pourri, etc, etc… Par essence, la météorologie est imprévisible au delà d’une dizaine de jours.
La climatologie s’intéresse aux évolutions à long terme, typiquement au moins 30 ans, des moyennes météorologique à un endroit donné (ces moyennes constituent ce qu’on appelle le « climat » d’une région). Lorsqu’on s’intéresse au changement climatique, on regarde donc l’évolution des paramètres (température, précipitations, etc…) par rapport à la moyenne sur plusieurs décennies passées.
Méfiance donc avec les raisonnements du genre : « Ouhlala cet hiver on a une vague de froid intense, vous voyez bien que le changement climatique c’est des c… » ou encore « Cet été est caniculaire, c’est la faute au réchauffement climatique ! » Ces deux raisonnements sont erronés car ils extrapolent à la climatologie des observations météorologiques de court terme…
Par contre, dire « Quand j’étais petit, il y a 30 ans, l’hiver on allait souvent glisser sur les mares gelées ; de nos jours c’est beaucoup plus rare. C’est à cause du réchauffement climatique », oui, cela a un sens : c’est une observation d’une tendance de très long terme, on est bien dans le domaine de la climatologie. Enfin cela sous réserve de la fiabilité de ses souvenirs d’enfance…
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(**) En fonction du public et du temps qui m’est imparti, je ne raconte pas toujours les mêmes choses dans mes conférences. Il arrive que je n’aie pas le temps de parler de l’origine du vent.
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(***) En fait les vents ne vont pas vraiment orientés pile nord-sud (ou sud- nord). En effet, vous avez dû remarquer sur les infographies que les flèches représentant le sens du vent tournent à droite (dans l’hémisphère nord) et à gauche (dans l’hémisphère sud).
Cela est dû à un phénomène perturbateur appelé « force de Coriolis ». Pour la comprendre il faut s’imaginer marchant sur un objet tournant, par exemple un manège : on a du mal a marcher droit car on a toujours tendance à tomber d’un côté, droit ou gauche, toujours le même en fonction du sens de rotation du manège. Sur la Terre en rotation c’est pareil : tous les objets qui se déplacent à sa surface ont tendance à tourner d’un côté : droit dans l’hémisphère nord et gauche dans l’hémisphère sud. A notre échelle humaine c’est imperceptible, heureusement, mais aux très grandes échelles des masses d’air la perturbation est importante...
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